Bài giảng Kiến trúc máy tính

+

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Hang Phuong-TLU


MƠ TẢ MƠN HỌC


Mơn học cơ sở ngành, cung cấp cho các sinh viên kiến thức nền tảng
về tổ chức và kiến trúc của máy tính



Thời lượng





Tổng số: 60 tiết , 4 tín chỉ



Lý thuyết: 45 tiết + Thực hành: 15 tiết.

Tài liệu học tập:

1.

Computer Organization and Architecture, William Stallings, 9th Edition

2.

Slide bài giảng

3.

Giáo trình Kiến trúc máy tính (pdf)



Đánh giá:

Điểm mơn học = Điểm q trình x 40% + Thi trắc nghiệm hết môn x 60%
Hang Phuong-TLU


+ />
Hang Phuong-TLU


+

Hang Phuong-TLU

NỘI DUNG
Chương 1 – Giới thiệu
Chương 2 – Sự phát triển của máy tính và hiệu năng
Chương 3 – Tổng quan về chức năng và kết nối trong máy tính
Chương 4 – Bộ nhớ Cache

Chương 5 – Bộ nhớ trong
Chương 6 – Bộ nhớ ngoài
Chương 7 – Vào/Ra
Chương 8 – Các hệ đếm
Chương 9 – Bộ xử lý số học
Chương 10 – Tập lệnh: Các đặc tính và chức năng
Chương 11 – Tập lệnh: Chế độ địa chỉ và khuôn dạng
Chương 12 – Tổ chức và chức năng bộ vi xử lý


+

Chương 1
Giới thiệu

Hang Phuong-TLU


1. Kiến trúc máy tính và Tổ chức máy tính
 Kiến

trúc là những thuộc tính mà lập trình viên có thể
nhìn thấy được, hoặc những thuộc tính có tác động trực
tiếp đến việc thực hiện của một chương trình.



VD: tập lệnh, số bit để biểu diễn các kiểu dữ liệu khác nhau
(vd: ký tự, số,…), cơ chế vào/ra (I/O) và cách kỹ thuật định
địa chỉ bộ nhớ

 Tổ

chức là các khối chức năng trong máy tính và sự kết
nối giữa chúng để thực hiện các đặc tả của kiến trúc.



Bao gồm các chi tiết phần cứng; Tín hiệu điều khiển; Giao
diện giữa máy tính và thiết bị ngoại vi; Cơng nghệ bộ nhớ
được sử dụng, v.v...

Hang Phuong-TLU


+

Phân biệt
 Nhiều

hãng sản xuất máy tính cho ra đời cả một họ
máy chỉ khác nhau về tổ chức còn kiến trúc hồn
tồn giống nhau.



kiến trúc máy có thể tồn tại qua nhiều năm
tổ chức máy dựa trên 1 kiến trúc máy sẽ thay đổi theo bước
tiến của công nghệ

 VD:

Kiến trúc máy IBM System/370
 Kiến trúc Intel x86


Hang Phuong-TLU


+

Kiến trúc IBM System/370
 Được
 Bao

giới thiệu vào năm 1970

gồm nhiều model

 Có

thể nâng cấp lên model đắt tiền và tốc độ nhanh hơn
mà không cần bỏ đi các phần mềm trước đó

 Các

model mới tung ra được cải tiến kĩ thuật nhưng giữ
nguyên kiến trúc do đó khách hàng khơng cần mua phần
mềm mới

 Kiến

trúc này được duy trì đến ngày nay trên các dịng
máy tính mainframe IBM

Hang Phuong-TLU


+

Kiến trúc Intel x86
 Bộ

vi xử lý Intel 8086 được giới thiệu vào năm 1978

 Kiến

trúc x86 gần như chiếm tồn bộ thị phần máy tính cá
nhân, máy workstation, server thậm chí siêu máy tính.



Các model mới tung ra được cải tiến kĩ thuật nhưng giữ nguyên
kiến trúc do đó khách hàng không cần mua phần mềm mới

Các model khác nhau trong 1 họ có cùng kiến trúc
Nhưng tổ chức khác nhau!

Hang Phuong-TLU

+

2. Cấu trúc và chức năng
Máy tính là một hệ thống phức tạp. Làm thế nào ta có thể mơ tả
nó một cách đơn giản, rõ ràng nhất?

 dựa vào tính phân cấp của hệ thống máy tính


Hệ thống phân cấp:


là tập hợp các hệ thống con có liên quan với nhau



Nhà thiết kế chỉ cần làm việc với từng cấp cụ thể của hệ thống
lớn tại một thời điểm



Mỗi cấp có cấu trúc và chức năng riêng



Cấu trúc: Cách thức các thành phần liên quan đến nhau



Chức năng: Hoạt động của từng thành phần riêng của cấu trúc

Hang Phuong-TLU


+
2.1 Chức năng


Chức năng cơ bản:
● Xử lý dữ liệu (Data
processing)
● Lưu trữ dữ liệu (Data
storage)
● Di chuyển dữ liệu
(Data movement)
● Điều khiển (Control)

Hang Phuong-TLU


+

Di
Movement
chuyển

Hoạt động
(a)
Di chuyển dữ liệu

(Data movement)

Máy tính phải có khả năng
di chuyển dữ liệu giữa nó
và thế giới bên ngồi.

Điều
khiển

Control

Lưu
trữ

Storage

Processing
Xử lý

(a)
Hang Phuong-TLU

Figure 1.2 Possible Computer Operations


+
Di
Movement

Hoạt động

chuyển

(b)
Lưu trữ dữ liệu
(Data storage)

Máy tính phải tạm thời
lưu trữ những mẩu dữ
liệu đang làm việc tại bất
kỳ thời điểm nào.
Hang Phuong-TLU

Điều
khiển

Control

Lưu
Storage

Processing
Xử lý

trữ

(b)
Figure 1.2 Possible Computer Operations

+

Di
Movement
Chuyển

Hoạt động
(c)
Xử lý dữ liệu vào/ra

Điều
Control
khiển

(Processing from/to storage)

Lưu
Storage

Processing
Xử lý

trữ

(c)
Figure 1.2 Possible Computer Operations
Hang Phuong-TLU


+

Di
Movement
chuyển

Hoạt động
(d)
Xử lý dữ liệu
từ lưu trữ tới I/O

• Dữ liệu có thể có nhiều
dạng khác nhau và phạm
vi yêu cầu xử lý rất rộng.

Điều
Control
khiển

Lưu
trữ

Storage

Processing
Xử lý

(d)
Figure 1.2 Possible Computer Operations

Hang Phuong-TLU

MÁY TÍNH:
- Lưu trữ
- Xử lý

Hang Phuong-TLU

Máy tính


2.2 Cấu trúc

Hang Phuong-TLU


+
Máy tính gồm có
bốn phần chính:

 CPU – bộ xử lý trung tâm, điều
khiển hoạt động của máy tính và
thực hiện chức năng xử lý dữ liệu

 Bộ nhớ chính: lưu trữ dữ liệu. Là
tập hợp các ô nhớ, mỗi ô nhớ có
một số bit nhất định và chứa thông
tin mã hoá số nhị phân.

 I/O (Vào/ra) – bộ phận nhập xuất

thơng tin – di chuyển dữ liệu giữa
máy tính và mơi trường bên ngồi

Hệ thống kết nối (bus) – một số
cơ chế cung cấp cho việc truyền
đạt thông tin giữa CPU, bộ nhớ
chính và I/O
Hang Phuong-TLU


Hang Phuong-TLU


Hang Phuong-TLU


Hang Phuong-TLU


+

CPU



Bộ điều khiển (Control Unit - CU)


Thành phần cấu trúc
chính gồm:



Khối số học và logic (Arithmetic
and Logic Unit - ALU)




Thực hiện chức năng xử lý dữ liệu

Thanh ghi (Registers)




Điều khiển hoạt động của CPU và
cả máy tính

Cung cấp khả năng lưu trữ nội bộ
cho CPU

Các kết nối trong CPU


Một số cơ chế dùng để cung cấp
thông tin liên lạc giữa các khối CU,
ALU và thanh ghi.

Hang Phuong-TLU

+

Tổng kết
Giới thiệu chung
Chương 1


Tổ chức máy tính



Kiến trúc máy tính



Chức năng
 Xử lý dữ liệu
 Lưu trữ dữ liệu
 Di chuyển dữ liệu
 Điều khiển

Hang Phuong-TLU



Cấu trúc
 CPU
 Bộ nhớ chính

 I/O
 Kết nối hệ thống



Thành phần cấu trúc CPU
 Bộ điều khiển CU
 Khối số học và logic ALU
 Thanh ghi
 Kết nối CPU


+

Internet Resources
Web sites to look for
• WWW Computer Architecture Home Page.
• CPU Info Center.
• Processor Emporium.
• ACM Special Interest Group on Computer Architecture.
• IEEE Technical Committee on Computer Architecture.
• Intel Technology Journal.
• Manufacturer’s sites:
Intel, IBM, etc.

Hang Phuong-TLU


+

Câu hỏi chương 1
1.

Phân biệt tổ chức máy tính và kiến trúc máy tính?

2.

Phân biệt cấu trúc máy tính và chức năng máy tính?

3.

Bốn chức năng chính của máy tính là gì?

4.

Kể tên các thành phần cấu trúc chính của 1 máy tính?

5.

Kể tên các thành phần cấu trúc chính của 1 bộ xử lý?

Hang Phuong-TLU